JP4561100B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は熱処理炉、特に被加熱物を載置するための台板を支柱で支える方式の熱処理炉に関する。

従来、連続炉の台車構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。図１はその構造を示したものであり、１は高温雰囲気下の連続炉内にて被加熱物Ｗを載置して移動する搬送用台車である。台車本体２はセラミックファイバーなどの軽量断熱材で構成され、台車本体２に硬質系断熱材で作る支柱３を貫通状態で固定し、支柱３の上端に硬質系断熱材で作る板状の受台４を配置し、受台４の上に被加熱物Ｗを載置するようになっている。支柱３の下端部は、台車本体２の下面に配置されるケーシング５によって支えられる。ケーシング５は、例えば金属などの硬質材料で形成されている。

台車本体２の軽量断熱材自体は断熱性に優れているが、この台車本体２を貫通する形で配置される支柱３は、台車本体２に比べて断熱性が劣る。支柱３は炉内通過により加熱されるが、支柱３およびケーシング５を介して放熱が起こり、被加熱物Ｗの支柱近傍温度が下がり、被加熱物Ｗ内の温度ばらつきの要因となる。例えば、セラミック部品の焼成炉として用いた場合、前記温度ばらつきが、被加熱物に収容されたセラミック部品の特性に影響を及ぼすことになる。

前記熱処理炉は、台車本体を軽量断熱材で構成した連続炉に関するものであるが、炉床を軽量断熱材で構成したバッチ炉においても同様の問題がある。すなわち、炉本体の底部に軽量断熱材からなる炉床を配置し、この炉床に支柱を貫通状態で配置し、支柱上に被加熱物を載置するための台板を配置し、支柱の下端を炉床の下面に配置されたケーシングで支持する構造の場合である。この場合も、支柱およびケーシングを介して放熱が起こり、被加熱物の支柱近傍温度が下がり、被加熱物内の温度ばらつきの要因となる。
特許第３０１２９０６号公報

そこで、本発明の目的は、熱処理空間から支柱を伝って外部へ逃げる熱を抑制し、被加熱物の温度ばらつきを抑制して被加熱物の特性ばらつきを解消できる熱処理炉を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内部に熱処理空間を有する炉本体と、前記炉本体の底部に配置された、セラミックファイバーからなる炉床と、下端が前記炉床の内部で終端となり、上端が前記炉床の上面に露出するように配置され、前記セラミックファイバーより熱伝導率の高い耐火物であって、耐熱金属、アルミナ、ムライト、ＳｉＣ、Ｓｉ ₃ Ｎ ₄ のいずれかよりなる支柱と、前記支柱上に配置された、被加熱物を載置するための台板と、前記支柱の下端を支持するように前記炉床の内部に配置され、前記支柱の下端面より大きな面積を有し、前記セラミックファイバーよりも強度の高い支持材と、を備えることを特徴とする熱処理炉を提供する。

耐熱材料により構成される熱処理炉では、炉床にセラミックファイバーを使用することで、断熱効果を高めることが行われている。セラミックファイバーは、熱容量が小さい反面、耐荷重性に劣る欠点がある。このため、被加熱物を支えるための支柱を炉床内部に配置し、支柱上に配置された台板上に被加熱物を載置して熱処理を行う。
熱処理時にはヒータなどの発熱体や熱風等の加熱源によって熱処理を行うが、支柱を介して放熱量が多く、昇温時には放熱分を補い、昇温状態を安定にするための熱量を必要としたり、被加熱物の支柱近傍温度の昇温の追従性が悪いことにより、被加熱物の特性ばらつきの要因となっている。
請求項１では、支柱を炉床の底面まで貫通させず、内部で止まる構造としてある。しかし、単に途中で止めるだけの構造では、支柱の下端面に接触するセラミックファイバーが支柱の重量を支えることができないことがある。そこで、支柱を炉床の内部で止めるとともに、支柱の下面にセラミックファイバーよりも強度の高い支持材を配置し、この支持材で支柱の重量を支えるようにしたものである。これにより、支柱の沈み込みを防止でき、台板の傾きを抑制できる。
また、支柱が加熱されても、支柱の下端は炉床内部に設けた支持材で終端となるので、放熱量が少なく、被加熱物内の温度ばらつきを小さくできる。その結果、被加熱物（例えばセラミック電子部品）の特性ばらつきを小さくできる。

請求項２のように、前記炉床の内部であって、前記支持材より上部に配置され、前記セラミックファイバーよりも強度が高く、前記支柱を挿通支持するための挿通穴を有する中間材を備えてもよい。
請求項１では支柱が炉床を貫通していないので、支柱の先端部が炉内側で振れたり傾く可能性があり、被加熱物の支持状態が不安定になることがある。そこで、支柱の中間部を中間材で挿通支持することで、支柱の振れや傾きを抑制できる。

請求項３のように、前記支持材は複数本の前記支柱を支えるだけの面積を有し、前記支持材の下面に、前記支柱より少ない本数の脚部が設けられ、前記脚部の下端が前記炉床の下面に露出しているようにしてもよい。
台板上に載置される被加熱物の重量が大きくなると、その重量は支柱、支持材を介してその下側に位置する炉床部分に作用する。この炉床部分もセラミックファイバーで形成されるので、重量によっては炉床部分の耐荷重性が問題になる場合がある。
そこで、請求項３のように支持材の下面に脚部を設け、この脚部を基台などで支持することで、炉床部分が圧縮されるのを防止できる。
なお、脚部は支柱より少ない本数であるから、支柱から支持材を介して脚部に逃げる熱量が少なく、断熱性が低下するのを防止できる。

請求項４のように、前記支持材の上面に、前記支柱の下端部が嵌合する凹部または凸部を形成してもよい。
支柱の下端部を支持材の凹部または凸部に嵌合させることで、支柱の位置ずれがなくなり、被加熱物を安定して支持することができる。
なお、支柱が柱形であれば、支持材に凹部を設ければよく、支柱が筒形であれば、支持材に凸部を設ければよい。

請求項１に係る発明によれば、支柱をセラミックファイバーよりなる炉床の底面まで貫通させず、内部で止まる構造とするとともに、支柱の下端にセラミックファイバーよりも強度の高い支持材を配置し、この支持材で支柱の重量を支えるようにしたので、支柱を介した放熱量が少なくなり、被加熱物内の温度ばらつきを小さくできる。また支柱の下端部が支持材で支持されるので、支柱を安定に支持でき、被加熱物を載置した台板の傾きを抑制できるという効果を有する。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図２，図３は本発明にかかる熱処理炉の第１実施例を示す。
この熱処理炉はバッチ炉の一例であり、１０は軽量断熱材、煉瓦、耐熱金属等により構成された炉本体、１１は炉本体１０の内部に形成された熱処理空間である。熱処理空間１１には適数のヒータ１２が配設されている。なお、ヒータ１２に代えて、熱風循環等の加熱方式を用いてもよい。
この熱処理炉で熱処理される被加熱物Ｗとしては、例えば積層コンデンサや積層インダクタ用の未焼成のセラミック積層体を収容した匣などがある。このようなセラミック積層体を焼成し、焼成後のセラミック積層体の外表面に外部電極を形成することにより、セラミック電子部品を完成する。セラミック積層体を焼成する場合、匣内の温度ばらつきがあると、匣に収容された個々のセラミック積層体の特性ばらつきの原因となるため、温度ばらつきをできるだけ抑制することが重要である。

炉本体１の底部には開口部１３が設けられ、この開口部１３は、上下に昇降できる炉床１４によって開閉される。炉床１４はセラミックファイバーなどの軽量断熱材で構成されており、その上部に開口部１３にほぼ嵌合する形状の凸部１５を有し、下部に開口部１３を開閉するベース部１６を有している。炉床１４には、複数本の支柱１７が縦向きに固定されている。支柱１７の下端は炉床１４の内部で終端となり、上端が炉床１４の上面から突出し、熱処理空間１１に露出している。支柱１７上には、被加熱物Ｗを載置するための台板１８が配置されている。台板１８の下面には複数の凹部１８ａが形成され、これら凹部１８ａに支柱１７の上端が嵌合している。支柱１７および台板１８は、耐熱金属やアルミナなどの耐火物で形成されている。放熱性を抑えるためには、アルミナ、ムライト、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ などの耐火物が好ましく、中でもアルミナ、ムライトは熱伝導率が低いので好ましい。
本発明における軽量断熱材としては、かさ密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ³ のものが好ましく、例えばセラミックファイバー（アルミナやムライトなど）や、セラミックファイバーを骨材として珪酸カルシウムなどを添加したものがある。

炉床１４の内部には、複数の支柱１７の下端を共通に支持する支持材１９が配置されている。支持材１９は、炉床１４を構成する軽量断熱材よりも圧縮強度あるいは曲げ強度の高い材料、例えば耐熱金属やアルミナなどの耐火物等で形成され、ここでは平板状の板で構成されている。また、炉床１４の内部であって、支持材１９より上部には、中間材２０が必要に応じて配置されている。中間材２０には、支柱１７を挿通支持するための挿通穴２０ａが設けられ、この中間材２０によって支柱１７の傾きが抑制されている。中間材２０も軽量断熱材よりも強度の高い材料、例えば耐熱金属やアルミナなどの耐火物等で形成されている。
支持材１９の位置は、炉床１４の高さの少なくとも１／１０以上、炉床１４の底面より上部に配置するのがよい。また、中間材２０は、できるだけ炉床１４の上面に近い位置に配置するのがよい。
支持材１９および中間材２０としては、強度と断熱性とを備えた材料を使用するのがよい。

炉床１４を構成する軽量断熱材および支持材１９として、例えば次のような条件のものを使用することができる。
軽量断熱材（アルミナファイバー）：圧縮強さ０．７ＭＰａ，曲げ強さ０．５ＭＰａ，かさ密度０．２５ｇ／ｃｍ³
支持材（アルミナ）：圧縮強さ３０ＭＰａ，曲げ強さ１０ＭＰａ，かさ密度２８５ｇ／ｃｍ³

この実施例では、図３に示すように、炉床１４は複数の軽量断熱材を積層した構造よりなり、凸部を構成する上層部１５と、ベース部１６を構成する中層部１６ａおよび下層部１６ｂの３層構造よりなる。そして、上層部１５と中層部１６ａとの間に中間材２０が挟み込む形で固定され、中層部１６ａと下層部１６ｂとの間に支持材１９が挟み込む形で固定されている。

炉床１４の下層部１６ｂの下面は、炉床１４を支える昇降台２１の上に載置されている。昇降台２１は昇降装置２２と昇降ロッド２２ａによって連結され、昇降装置２２によって上下に駆動される。そのため、炉床１４の上に載置された被加熱物Ｗを炉本体１から出し入れできるとともに、炉床１４のベース部１６が炉本体１の開口部１３を開閉することができる。
台板１８上に載置された被加熱物Ｗの重量は、支柱１７を介して支持材１９で受けられ、さらに支持材１９の下側に配置された炉床１４の下層部１６ｂで受けられる。支持材１９は、複数の支柱１７を共通に支持できるように広い面積に形成されているので、炉床１４の下層部１６ｂには広い範囲で荷重が作用し、下層部１６ｂが軽量断熱材で形成されていても、撓みを抑制できる。

前記実施例では、支持材１９の上面を平坦面としたが、支柱１７の下端を安定に支持するため、凹部や凸部、スリットなどを設けた例を以下に説明する。
図４は、複数本の支柱１７を受ける支持材１９の例を示す。
図４の（ａ）は、平板状の支持材１９の上面に、有底の円形支持穴１９ａを複数個設け、これら支持穴１９ａに複数の円柱形の支柱１７の下端部を嵌合させるものである。
図４の（ｂ）は、平板状の支持材１９の上面に、有底の四角形の支持穴１９ａを複数個設け、この支持穴１９ａに角柱形の支柱１７の下端部を嵌合させるものである。
なお、（ａ），（ｂ）には、中間材２０も示されており、中間材２０には支柱１７の断面形状に応じた挿通穴２０ａが形成されている。

図５は、支柱１７を個別に受ける支持材１９の例を示す。
図５の（ａ）は、円板状の支持材１９の上面に有底の円形支持穴１９ａを設け、この支持穴１９ａに円柱形の支柱１７の下端部を嵌合させるものである。
図５の（ｂ）は、円板状の支持材１９に上面に突起部１９ｂを設け、この突起部１９ｂに中空円筒形の支柱１７の下端部を差し込んで固定するものである。
図５の（ｃ）は、（ｂ）と同じく支持材１９の上面に支柱１７の下端部を差し込んで固定する突起部１９ｂを設けるとともに、支持材１９の下面に炉床１４の母材に差し込んで位置決めするための突起部１９ｃを設けたものである。
なお、図５の（ｂ），（ｃ）に示すような突起部１９ｂ，１９ｃは、図４に示すような複数本の支柱を１枚で支持する支持材にも適用できる。

図６，図７は、本発明にかかる熱処理炉の第２実施例を示す。
第２実施例もバッチ炉の例であり、図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、支持材１９が複数本の支柱１７を支えるだけの大きな面積を有し、支持材１９の下面に支柱１７より少ない本数の脚部２３を設け、これら脚部２３で支持材１９を支えるようにしたものである。脚部２３としては、支持材１９と同様に強度と耐熱性とを備えた材料が用いられる。ここでは、脚部２３は支柱１７と異なる位置に設けられており、支柱１７は支持材１９の中央部に配置され、脚部２３は支持材１９の周辺部（ここでは角部）に配置されている。脚部２３は炉体１４の下層部１６ｂを貫通し、その下端は炉床１４の下面に露出しており、炉床１４を支える昇降台２１の上に当接している。なお、支持材１９の上面には、図４の（ａ）と同様に、支柱１７の下端部を嵌合させる有底の円形支持穴１９ａが複数個設けられている。

台板１８上に載置された被加熱物Ｗの重量は、支柱１７を介して支持材１９で受けられ、さらに支持材１９の下側に配置された炉床部分１６ｂで受けられる。つまり、被加熱物Ｗ、台板１８、支柱１７および支持材１９の全重量が、支持材１９の下側に配置された炉床部分１６ｂに加わることになる。しかし、この炉床部分１６ｂも軽量断熱材で形成されているため、軽量断熱材が撓むことがある。
そこで、第２実施例では、支持材１９の下面に脚部２３を設け、この脚部２３で全重量を支えるようにしたものである。脚部２３の下端は、剛性のある昇降台２１によって支えられるので、支持材１９の下側に配置された炉床部分１６ｂの撓みを確実に防止できる。

図８は本発明にかかる熱処理炉の第３実施例における炉床を示す。
この炉床３０も、バッチ炉で使用されるものであり、炉床３０の上側が軽量断熱材からなる第１断熱材３１よりなり、下側が第１断熱材３１より強度の高い第２断熱材３２で構成されている。第２断熱材３２としては、例えば第１断熱材３１より強度の高い軽量断熱材でもよいし、れんがのような硬質の断熱材を使用してもよい。支柱３３の下端は第２断熱材３２に当接しており、上端が炉床３０の上面に露出するように第１断熱材３１に貫通配置されている。支柱３３上には、被加熱物（図示せず）を載置するための台板３４が嵌合されている。
この実施例の場合、第２断熱材３２が軽量断熱材である第１断熱材３１より強度が高いので、台板３４上に載置された被加熱物による重量を第２断熱材３２が支えることができ、第２断熱材３２の撓みを防止できる。しかも、第２断熱材３２も断熱性を有するので、支柱３３を介した放熱量を抑制でき、被加熱物内の温度ばらつきを小さくできる。

第１断熱材３１および第２断熱材３２としては、アルミナやムライト等のセラミックスによって形成することもできる。その場合、両者を同じ系のセラミックス（例えば第１断熱材３１がアルミナ系セラミックスであれば、第２断熱材３２もアルミナ系セラミックス、第１断熱材３１がムライト系セラミックスであれば、第２断熱材３２もムライト系セラミックス）とするのが望ましい。同じ系のセラミックスを選択することによって、第１断熱材３１と第２断熱材３２の接合強度を高めることができ、ひいては炉床３０の強度を改善することができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではない。
例えば、第１実施例における支持材１９を、第３実施例のような構造の炉床３０に適用することもできる。すなわち、支持材１９を第１断熱材３１と第２断熱材３２との間に配置し、この支持材１９で支柱１７の下面を支持してもよい。
また、第１実施例における中間材２０を、第３実施例の炉床３０に適用してもよい。
また、支柱１７と支持材１９とを別部材で構成したが、両者を一体成形して構成することもできる。

本発明の炉床は、実施例のようなバッチ式熱処理炉に用いられる上下に可動の炉床だけでなく、炉本体の熱処理空間内を被加熱物を載置した台車が移動するように構成した連続型の熱処理炉の台車としても適用できる。すなわち、炉床が水平方向に可動するものであっても構わない。この場合、台車自体が滑車を備え、炉本体に設けたレール上を走行する台車炉でもよいし、炉本体の下部に平行に配置したハースロール上を台車がローラの送り回転で移動するローラハース炉でもよい。
前記実施例では、炉床として軽量断熱材を使用したが、軽量断熱材以外の断熱材を使用することも可能である。

従来の台車構造を示す図である。 本発明にかかる熱処理炉の第１実施例の構造を示す図である。 図２に示す熱処理炉で用いられる炉床の断面図である。 複数本の支柱を支える支持材の例を示す斜視図である。 単一の支柱を支える支持材の例を示す斜視図である。 本発明にかかる熱処理炉の第２実施例の構造を示す図である。 図６に示す炉床の骨格構造を示す斜視図である。 本発明にかかる熱処理炉の第３実施例における炉床の断面図である。

符号の説明

Ｗ 被加熱物
１０ 炉本体
１１ 熱処理空間
１３ 開口部
１４ 炉床
１７ 支柱
１８ 台板
１９ 支持材
２０ 中間材

Claims (4)

1. 内部に熱処理空間を有する炉本体と、
   前記炉本体の底部に配置された、セラミックファイバーからなる炉床と、
   下端が前記炉床の内部で終端となり、上端が前記炉床の上面に露出するように配置され、前記セラミックファイバーより熱伝導率の高い耐火物であって、耐熱金属、アルミナ、ムライト、ＳｉＣ、Ｓｉ ₃ Ｎ ₄ のいずれかよりなる支柱と、
   前記支柱上に配置された、被加熱物を載置するための台板と、
   前記支柱の下端を支持するように前記炉床の内部に配置され、前記支柱の下端面より大きな面積を有し、前記セラミックファイバーよりも強度の高い支持材と、
   を備えることを特徴とする熱処理炉。
2. 前記炉床の内部であって、前記支持材より上部に、前記セラミックファイバーよりも強度が高く、前記支柱を挿通支持するための挿通穴を有する中間材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記支持材は複数本の前記支柱を支えるだけの面積を有し、
   前記支持材の下面に、前記支柱より少ない本数の脚部が設けられ、
   前記脚部の下端は前記炉床の下面に露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理炉。
4. 前記支持材の上面には、前記支柱の下端部が嵌合する凹部または凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理炉。

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